Бережи себе

Продовжуємо серію матеріалів про будову тіла людини, адже краще розуміючи, як працюють наші суглоби та м’язи, ми можемо ефективніше їх використовувати, підтримувати належну фізичну активність та турбуватись про своє здоров’я. Спільно з тренеркою з оздоровчого фітнесу Алісою Пивоварчик ми вже розповідали про будову тіла людини, зокрема про кістки та суглоби. Тепер час заглибитись у будову м’язів та які процеси відбуваються в нашому тілі під час руху на фізичному та біохімічному рівнях. Далі — пряма мова експертки.

Допоможіть нам створювати більше таких матеріалів
Підтримайте «Бережи себе» на Patreon

М’язи, які забезпечують свідомі рухи нашого тіла (тобто такі, що ми робимо за власним бажанням), називають скелетними. Вони можуть виконувати свої ключові функції завдяки особливій посмугованій тканині, яка здатна скорочуватися. Внаслідок цього м’язи змінюють свою довжину й тягнуть кістки або інші тканини у різних напрямках. А от стимулом до такого скорочення є нервовий імпульс.

Подібну структуру має і серцевий м’яз, але це особливий тип м’язової тканини, який скорочується несвідомо вдень і вночі, що б ми не робили. З непосмугованої (гладенької) м’язової тканини натомість утворені стінки судин та внутрішніх органів. Завдяки її скороченням судинами рухається кров, а вздовж органів шлунково-кишкового тракту — їжа. Ці скорочення не залежать від нашої волі.

Скелетні м’язи — це активна частина опорно-рухового апарату. У тілі людини за різними класифікаціями їх нараховують від 650 до 840 (залежно від того, чи вважати голівки м’язів окремими м’язами).

Яка їх основна роль?
→ забезпечують підтримання пози тіла й виконання рухів;
→ захищають від пошкоджень внутрішні органи, судини та нерви;
→ виробляють тепло при скороченні, беручи участь у терморегуляції (коли вам холодно, ви тремтите).

Під мікроскопом: з чого складаються наші м’язи та як працюють

М’язова тканина утворена з міоцитів (їх ще називають м’язовими волокнами). Це клітини веретеноподібної форми, що сягають кількох сантиметрів у довжину. Міоцити оточені клітинами-сателітами, які допомагають відновлювати м’язи після травм і нарощувати їх. Річ у тім, що міоцити втрачають здатність до поділу (а саме так «розмножуються» клітини), тож ріст м’язів відбувається саме шляхом поділу клітин-сателітів, які потім зливаються з м’язовим волокном. Уздовж волокна розташовані міофібрили — білкові структури, здатні змінювати свою довжину й товщину, які, відповідно, і забезпечують скорочення м’яза. Вони складаються з товстих ниток міозину й тонких актинових ниток. Білки актин і міозин є головними героями прекрасного дійства, задля якого ми тут з вами зібралися — м’язового скорочення.

Якщо заглиблюватися далі, то варто зазначити, що міофібрила поділяється на саркомери — з’єднані між собою циліндроподібні частини. Саме вони є найменшою структурно-функціональною одиницею посмугованої м’язової тканини. У місцях з’єднань саркомерів знаходяться зигзагоподібні Z-лінії. До них кріпляться тонкі актинові філаменти, натомість товсті міозинові нитки розташовані у центрі. Кінці тонких і товстих філаментів перекривають одне одного. Під час м’язового скорочення міозин чіпляється за актин спеціальними виступами — і міофіламенти ковзають уздовж одне одного. Ключовим для підтримки процесу скорочення є наявність йонів кальцію.

Голівка м’яза або його «початок» — той кінець, який частіше буває нерухомим при рухах. Кріплення («кінець») м’яза — його частинка, що частіше є рухомою, тобто такою, що, власне, й тягне кістку з усім, що на ній, щоб вона змінила своє положення. Як м’язи кріпляться до кістки? М’язові волокна об’єднуються у пучки, а ті — в черевце м’яза. До кісток черевце кріпиться міцними сухожиллями зі сполучної тканини (див. ілюстрацію). Вони містять багато білка колагену, є доволі міцними, проте малорозтяжними. Ближче до кістки сухожилля має хрящовий прошарок, який є ще менш розтяжним.

Усі складові м’яза, що ми розглянули вище, «запаковані» у тонкі, але водночас міцні прозорі оболонки зі сполучної тканини, які огортають як окремі волокна, так і все черевце. Якщо ви колись розбирали м’ясо, то бачили такі плівки, які часто треба знімати.

Комплекс м’язових клітин, які іннервуються одним нейроном (нервовою клітиною) називають руховою одиницею. До її складу входять: нейрони, які є частиною спинного мозку, довгі відростки нейронів аксони (схожі на дроти, якими йде електричний струм) і м’язові волокна (клітини), до яких від цього нейрона проводиться нервовий імпульс.

Великі рухові одиниці складаються з великого мотонейрона з товстим відростком аксоном, який може передавати імпульси тисячам м’язових волокон. Вони відповідають за швидкі рухи та за рухи з великою силою. Натомість маленькі рухові одиниці утворені маленьким мотонейроном з тонким аксоном. Один такий нейрон іннервує лише десятки м’язових волокон. Вони працюють повільно, але довго. Маленькі рухові одиниці також відповідають за тонкі точні рухи.

Як усе це працює? Мотонейрон як дріт проводить нервовий імпульс. У синапсах — спеціальних утвореннях, які забезпечують передачу нервового імпульсу від однієї клітини до іншої — вивільняється нейромедіатор ацетилхолін. Це хімічна сполука, яка міститься у бульбашках у нервовому закінченні аксона — довгого відростка нервової клітини. Це стає поштовхом до низки процесів усередині клітини, які зрештою ведуть до процесу м’язового скорочення — тобто взаємного ковзання актину й міозину.

Важливу роль у цьому процесі відіграє фермент АТФ-аза міозина. Що активніше працює цей фермент, тим більше молекул АТФ розщеплюється за одиницю часу (тобто вивільняється більше енергії). Це напряму впливає на швидкість скорочення м’язових волокон, адже більше енергії означає можливість утворити більше містків між актином і міозином.

Крок за кроком: принцип розміру Ханнемана

Коли ми активуємо м’язи, спочатку до роботи залучаються низькопорогові (маленькі) рухові одиниці. Що дужче зростає інтенсивність навантаження чи втоми, до маленьких підключаються більші моторні одиниці. Отож, щоб залучити максимум моторних одиниць (і, відповідно, м’язових волокон), навантаження має бути достатньо високим і достатньо довгим. Саме тому має значення, наскільки велику вагу ви берете і скільки повторень з нею робите. Звісно, чим більша вага, тим менше повторень.

Різні варіації ваги та тривалості підходу (роботи м’язів без відпочинку) будуть мати дещо різний ефект. За інтенсивності 85% від максимальної та вище (тобто якщо на 1 раз ви можете підняти 100 кг, то для такого ефекту вам потрібно підняти не менше 85 кг) усі волокна вимушені залучатися й скорочуватися одночасно. При силовій роботі це той спротив/вага, якій ви можете протидіяти або яку можете підняти максимум на 6 повторень.

Якими м’язи бувають за формою?

Форма м’язів залежить безпосередньо від їх функцій. Довгі веретеноподібні м’язи дають змогу виконувати високоамплітудні рухи (наприклад, м’язи, що згинають пальці рук). Короткі товсті м’язи (як-от квадратний м’яз попереку) дають менше амплітуди, проте більше сили. Деякі м’язи складаються з кількох менших, які можуть скорочуватися як разом, так і ізольовано одне від одного. Наприклад, верхній відділ великого грудного м’яза бере участь у згинанні плеча, а нижній — у розгинанні. Але така ізоляція зустрічається рідко. Можливість ізольовано скорочувати м’яз залежить і від натренованості людини.

Деякі м’язи мають сухожильні вставки, які розділяють їх на кілька частин, що можуть скорочуватися відносно ізольовано. Типовий приклад — прямий м’яз живота. Так утворюються такі бажані для багатьох кубики. Насправді це м’язові частини, розділені сухожильними перемичками.

Для різних робочих завдань існують різні м’язові волокна. До швидкої та інтенсивної роботи, наприклад, більше пристосовані волокна одного типу, для довгої та витривалої — інші. І це позначається навіть на кольорі цих тканин. Співвідношення різних типів волокон у людини задається генетично, хоча деякі з них можуть набувати певних властивостей під впливом тих чи інших навантажень. Розглянемо їх детальніше.

Повільні (окислювальні) м’язові волокна

Вони відповідають за тривалу роботу низької інтенсивності, а тому їх ще називають волокнами-марафонцями. Ці м’язові волокна містять багато «електростанцій клітини» (мітохондрій), де утворюється АТФ (енергія) за участі кисню. Звідси походить і назва окислювальні. Також вони містять багато білка міоглобіну, який забезпечує м‘язам внутрішньоклітинні запаси кисню. До складу міоглобіну входить залізо, яке і надає цим волокнам червоного кольору.

Під час аеробних навантажень (наприклад, пробіжка) тіло витрачає переважно внутрішньом’язовий жир, адже це найшвидший і найбільш ефективний спосіб. Якщо такі тренування стають регулярними, організм «розуміє», що потенційно може знадобитись більше запасів, а тому — збільшує резервуари. Під час відпочинку запаси поповнюються з раціону, а за умов нестачі калорій і жирних кислот — з підшкірного жиру. Це можна порівняти з роботою заводу, який має два сховища палива. Одне на території підприємства, а інше — за межами заводу. Коли завод працює в штатному режимі, використовують паливо всередині (внутрішньом’язовий жир), коли ж витрати палива зростають (під час регулярних тренувань), керівництво заводу вирішує збільшити резервуари, щоб мати більше доступного палива надалі. А от у спокої завод бере енергію для роботи зовні (їжа або підшкірний жир). Також у результаті аеробних тренувань збільшується кількість і розмір мітохондрій, що покращує енергетичні процеси за участю кисню у м’язах.

Детальніше про те, як ми використовуємо енергію при русі та чому силові тренування так важливі на дієті для схуднення, читайте тут і тут.

Швидкі (гліколітичні) м’язові волокна

Ці волокна працюють недовго, але скорочуються швидко й сильно. Тобто утворюють більше актин-міозинових містків за одиницю часу. Вони підключаються до роботи або під час дуже великого навантаження (зокрема, при 85% від максимально можливого навантаження на м’яз), або коли більш низькопорогові (маленькі) рухові одиниці виснажені та не можуть продовжувати роботу. У цих волокнах енергія виробляється без участі кисню, а тому вони не мають такого яскравого червоного кольору як «повільні». Звідки вони беруть енергію (синтезують АТФ)? Для гліколітичних волокон джерелом енергії є креатинфосфат та вуглеводи (глюкоза й глікоген). Глікоген є ключовим запасом глюкози в організмі, здебільшого зберігається у м’язах, а також у печінці. Під час роботи м’язів глікоген розщеплюється до глюкози — основного джерела енергії для клітин. Цей процес називають гліколізом, тому й волокна ці — гліколітичні.

Цікаво, що тренування допомагають м’язам збільшувати депо глікогену, тобто накопичувати запас енергії з вуглеводів. Річ у тім, що після фізичної активності клітини стають чутливішими до інсуліну — гормону, який допомагає засвоювати глюкозу з крові. Це особливо корисно людям з інсулінорезистентністю чи цукровим діабетом, у яких цей процес порушений. Крім того, інсулін впливає й на обмін жирів, зокрема полегшує використання жирних кислот у клітинах. А під час тривалих аеробних навантажень саме жирні кислоти є основним джерелом енергії для «повільних» м’язових волокон. Тому регулярна фізична активність різної інтенсивності, яка покладається на різні джерела енергії, так важлива для людей, які мають проблеми з обміном вуглеводів.

Також розрізняють волокна проміжного типу. За своєю природою вони більше подібні до «швидких», проте мають більше мітохондрій. Водночас ці волокна мають здатність виробляти енергію як з киснем, так і без нього. Внаслідок тренувань проміжні волокна можуть уподібнюватися до «швидких» чи «повільних» м’язових волокон.

У наступних текстах серії, присвяченої силовим тренуванням, зануримось у типи рухів тіла, а також розглянемо таку важливу дисципліну на стику біології та фізики як біомеханіка.

Джерела

Cleveland Clinic Cold Spring Harbor Perspectives in Biology Taylor & Francis

Більше за темою:

#практичне #фізактивність

«Словник» рухів, або що варто знати про м’язове скорочення, щоб мати ефективніші тренування

#суглоби #фізактивність

База для фізичної активності: від будови атома до кісток і суглобів

#практичне

Кістки треба берегти. Розповідаємо, як це робити

#аутоімунне

Нарощуємо м’язи, бо це основа руху: що варто знати про м’язову систему